第1章 4 第二节 第2课时 有机化合物实验式、分子式、分子结构的确定（Word教参）【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中化学选择性必修3（人教版）

本讲义聚焦有机化合物实验式、分子式及分子结构的确定，先通过元素定量分析（如李比希法、元素分析仪）确定实验式，再结合质谱法测相对分子质量确定分子式，最后用红外光谱、核磁共振氢谱、X射线衍射确定分子结构，构建完整的结构确定逻辑链。 资料以科学思维与科学探究为核心，通过判断题、例题及波谱分析实例（如乙醇与二甲醚的鉴别），培养学生证据推理与模型建构能力。课中辅助教师清晰授课，课后练习题帮助学生巩固方法，查漏补缺，提升解决实际问题的能力。

第2课时　有机化合物实验式、分子式、分子结构的确定 【学习目标】　1.学会测定有机化合物所含各元素的质量分数、相对分子质量的一般方法，能确定有机化合物的分子式。　2.能够根据化学分析和波谱分析确定有机化合物的结构。 知识点一　确定实验式、分子式 1．确定实验式 (1)元素定量分析的原理：将一定量的有机化合物燃烧，转化为简单的无机物(如C→CO2，H→H2O)，并通过测定无机物的质量，推算出该有机化合物所含各元素的质量分数，然后计算出该有机化合物分子内各元素原子的最简整数比，确定其实验式(也称最简式)。 (2)元素定量分析的方法 ①李比希法 ②现代化的元素分析仪 分析的精确度和分析速度都达到了很高的水平。 2．确定分子式 (1)质谱法 ①原理：质谱法是快速、精确测定相对分子质量的重要方法，测定时只需要很少量的样品。质谱仪用高能电子流等轰击样品，使有机分子失去电子，形成带正电荷的分子离子和碎片离子等。这些离子因质量不同、电荷不同，在电场和磁场中的运动行为不同。计算机对其进行分析后，得到它们的相对质量与电荷数的比值，即质荷比。 ②质谱图：以质荷比为横坐标，以各类离子的相对丰度为纵坐标记录测试结果，就得到有机化合物的质谱图。如下图为某有机化合物的质谱图： 从图中可知，该有机化合物的相对分子质量为46，即质荷比最大的数据就是样品分子的相对分子质量。 　求算气体的摩尔质量的常用方法有哪些？ 提示：①标准状况密度法：已知标准状况下气体的密度ρ，求算摩尔质量，M＝ρ×22.4 L·mol-1。 ②相对密度法：根据气体A相对于气体B(已知)的相对密度d，MA＝d×MB。 ③混合气体平均摩尔质量：＝。 (2)确定分子式 在确定了物质的实验式(最简式)和相对分子质量之后，就可进一步确定其分子式。 计算依据：分子式是实验式的整数倍。 (1)验证有机化合物是否属于烃时，只需测定产物中CO2和H2O的物质的量之比(　　) (2)有机化合物的实验式与分子式一定不同(　　) (3)已知某有机化合物的实验式，必须知道相对分子质量才可以确定分子式(　　) (4)乙醇的质谱图中质荷比为46的微粒是CH3CH2OH(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)× 1．某有机化合物的相对分子质量为60，0.1 mol该有机化合物在足量氧气中完全燃烧，生成3.6 g H2O和8.8 g CO2。下列说法错误的是(　　) A．该有机化合物的实验式为CH2O B．该有机化合物一定为乙酸 C．该有机化合物中碳原子数与氢原子数之比为1∶2 D．该有机化合物中一定含有氧元素 解析：选B。依题意可知，0.1 mol该有机化合物中含有氢原子的物质的量为0.4 mol，碳原子的物质的量为0.2 mol，结合相对分子质量可知该有机化合物的分子式为C2H4O2。根据上述分析可知，该有机化合物的实验式为CH2O，A正确；分子式为C2H4O2的有机化合物不一定为乙酸，也可能是甲酸甲酯，B错误；该有机化合物的分子式为C2H4O2，碳原子数与氢原子数之比为1∶2，C正确；该有机化合物的分子式为C2H4O2，含有氧元素，D正确。 2．某有机化合物的质谱图如下图所示，该有机化合物的结构简式可能是(　　) A． B． C． D．CH3CH2OCH3 解析：选A。由质谱图可知，该有机化合物的相对分子质量为78，选项中只有苯的相对分子质量为78，故选A。 3．某有机化合物在相同状况下对氢气的相对密度为45。取该有机化合物样品3.6 g在纯氧中充分燃烧得到两种产物，将产物先后通过过量浓硫酸和碱石灰，两者分别增重2.16 g和5.28 g。该有机化合物的分子式为(　　) A．C3H6O3 B．CH2O3 C．C3H6O2 D．C3H8O3 解析：选A。某有机化合物在相同状况下对氢气的相对密度为45，则该有机化合物的相对分子质量为45×2＝90。由题意可知，该有机化合物在纯氧中充分燃烧生成H2O的物质的量为＝0.12 mol，CO2的物质的量为＝0.12 mol，3.6 g该有机化合物中H原子的物质的量为0.24 mol，C原子的物质的量为0.12 mol，O原子的物质的量为＝0.12 mol，该有机化合物中C、H、O原子个数比为1∶2∶1，设该有机化合物的分子式为(CH2O)n，(12＋2＋16)×n＝90，解得n＝3，即该有机化合物的分子式为C3H6O3。 知识点二　确定分子结构 1．红外光谱 (1)原理：不同的化学键或官能团的吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。 (2)作用：获得分子中所含有的化学键或官能团的信息。如分子式为C2H6O的有机化合物(可能有两种结构：CH3CH2OH或CH3OCH3)的红外光谱图如下，从图中可以找到C—O、C—H和O—H的吸收峰，因此可以初步推测该有机化合物是含有羟基官能团的化合物，结构可表示为C2H5OH。 2．核磁共振氢谱 (1)原理：处于不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，相应的信号在谱图中出现的位置也不同，具有不同的化学位移(用δ表示)，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。 (2)作用：获得有机化合物分子中有几种处于不同化学环境的氢原子及它们的相对数目等信息。吸收峰数目＝氢原子种类，吸收峰面积比＝不同化学环境的氢原子数目比。如分子式为C2H6O的有机化合物的核磁共振氢谱图如下，该有机化合物的结构简式为CH3CH2OH。 3．X射线衍射 (1)原理：X射线和晶体中的原子相互作用产生衍射图。 (2)作用：获得分子结构的有关数据，包括键长、键角等分子结构信息。 (1)根据红外光谱图的分析可以初步判断有机化合物中含有的化学键(　　) (2)CH3COOCH3在核磁共振氢谱图中只有一组吸收峰(　　) (3)核磁共振氢谱能反映出有机化合物分子中处于不同化学环境的氢原子的种类和数目(　　) (4)X射线衍射技术用于有机化合物晶体结构的测定，可以获得直接而详尽的结构信息(　　) 答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√ 1．二甲醚(CH3—O—CH3)和乙醇互为同分异构体，下列方法中不能鉴别二者的是(　　) A．利用金属钠或者金属钾 B．利用质谱法 C．利用红外光谱法 D．利用核磁共振氢谱法 解析：选B。活泼金属钠、钾能与乙醇反应产生气体，而不与二甲醚反应，可以鉴别，A不符合题意；二者的相对分子质量相等，利用质谱法不能鉴别，B符合题意；二甲醚和乙醇分子中分别含有醚键和羟基，官能团不同，可用红外光谱法鉴别，C不符合题意；二甲醚分子中只有一种化学环境的H原子，乙醇分子中有三种处于不同化学环境的H原子，可用核磁共振氢谱法鉴别，D不符合题意。 2．(2025·洛阳高二月考)为测定某有机化合物的结构，用核磁共振仪处理后得到如下图所示的核磁共振氢谱。该有机化合物可能是(　　) A． B．(CH3)3CH C．CH3CH2OH D．CH3CH2CH2COOH 解析：选A。该有机化合物的核磁共振氢谱有两组峰且峰面积之比为3∶2。的核磁共振氢谱有两组峰且峰面积之比为3∶2，故A项符合题意；(CH3)3CH的核磁共振氢谱有两组峰且峰面积之比为9∶1，故B项不符合题意；CH3CH2OH的核磁共振氢谱有三组峰，故C项不符合题意；CH3CH2CH2COOH的核磁共振氢谱有四组峰，故D项不符合题意。 3．某有机化合物M的分子式为C4H10O，红外光谱图如下图所示。M的结构简式为(　　) A.CH3CH2OCH2CH3 B．CH3OCH2CH2CH3 C．CH3CH2CH2OCH3 D．(CH3)2CHOCH3 解析：选A。M的分子式为C4H10O，根据红外光谱图可知，M分子中含有对称的—CH3、对称的—CH2—和醚键，故M的结构简式为CH3CH2OCH2CH3。 1．下列说法正确的是(　　) A．红外光谱只能检测化学键，不能检测官能团 B．核磁共振氢谱显示邻二甲苯只有两组吸收峰且峰面积比为3∶2 C．质谱法能确定有机化合物的相对分子质量 D．X射线衍射仪能够测定有机化合物中有哪些元素 解析：选C。红外光谱可反映有机化合物分子中含有的化学键或官能团的信息，故A错误；邻二甲苯分子中有3种处于不同化学环境的氢原子，在核磁共振氢谱中有三组吸收峰，且峰面积比为3∶1∶1，故B错误；通过质谱法能确定有机化合物的相对分子质量，故C正确；X射线衍射仪能够获得有机化合物分子结构的有关数据，包括键长、键角等分子结构信息，故D错误。 2．(2025·大连高二质检)某有机化合物N的质谱、核磁共振氢谱如下图所示，N的结构简式可能为(　　) A．HCOOH B．CH3CH2CHO C．CH3CH2OH D．CH2===CHOCH3 解析：选C。由题图可知，有机化合物N的相对分子质量为46，有3种处于不同化学环境的氢原子。HCOOH的相对分子质量为46，有2种处于不同化学环境的氢原子，A不符合题意；CH3CH2CHO的相对分子质量为58，有3种处于不同化学环境的氢原子，B不符合题意；CH3CH2OH的相对分子质量为46，有3种处于不同化学环境的氢原子，C符合题意；CH2===CHOCH3的相对分子质量为58，有3种处于不同化学环境的氢原子，D不符合题意。 3．某烃中碳元素和氢元素的质量比是24∶5，该烃在标准状况下的密度是2.59 g·L-1，其分子式为(　　) A．C2H6 B．C4H10 C．C5H8 D．C7H8 解析：选B。N(C)∶N(H)＝∶＝2∶5，该烃的实验式为C2H5；M＝ρVm＝2.59 g·L-1×22.4 L·mol-1≈58 g·mol-1，设该烃的分子式为(C2H5)n，则有(24＋5)n＝58，解得n＝2，故该烃的分子式为C4H10。 4．已知有机化合物Q的红外光谱和核磁共振氢谱如下图所示，下列说法错误的是(　　) A．若Q的分子式为C3H6O，则Q的结构简式为CH3COCH3 B．由核磁共振氢谱可知，该有机化合物分子中有三种处于不同化学环境的氢原子 C．由红外光谱可知，该有机化合物中至少有三种不同的化学键 D．仅由核磁共振氢谱无法得知Q分子中的氢原子总数 解析：选A。若Q的分子式为C3H6O，结构简式为CH3COCH3，则分子中只有一种化学环境的氢原子，且不存在O—H、C—O，与图像不符，故A错误；由核磁共振氢谱可知，该有机化合物分子中有三种处于不同化学环境的氢原子，故B正确；由红外光谱可知，该有机化合物中至少有C—H、O—H、C—O三种不同的化学键，故C正确；由核磁共振氢谱可判断有机化合物分子中有几种处于不同化学环境的氢原子及它们的相对数目，无法得知氢原子总数，故D正确。 5．根据研究有机化合物的步骤和方法填空： (1)测得A的蒸气密度是相同状况下氢气密度的35倍，A的相对分子质量为________。 (2)将5.6 g A在足量氧气中燃烧，并将产物依次通过无水氯化钙和KOH浓溶液，二者分别增重7.2 g和17.6 g。A的分子式为________。 (3)将A通入溴的四氯化碳溶液中，溴的四氯化碳溶液褪色，说明A属于________(填按官能团分类的物质类别)。 (4)A的核磁共振氢谱如下图所示，A的结构简式为________　。 解析：(1)A的相对分子质量为2×35＝70。(2)5.6 g A中含m(C)＝×12＝4.8 g，n(C)＝0.4 mol，m(H)＝×2＝0.8 g，n(H)＝0.8 mol，故A中只含碳、氢两种元素，实验式为CH2；设A的分子式为(CH2)n，12n＋2n＝70，解得n＝5，所以A的分子式为C5H10。(3)符合分子式为C5H10的有烯烃和环烷烃，能使溴的四氯化碳溶液褪色，则为烯烃。(4)A的核磁共振氢谱图中有4组吸收峰，且峰面积之比为1∶1∶2∶6，则A的结构简式为。 答案：(1)70　(2)C5H10　(3)烯烃 (4) 学科网（北京）股份有限公司 $